EP4460660A1 - Verfahren zur dampferzeugung und dampferzeugungseinrichtung - Google Patents

Verfahren zur dampferzeugung und dampferzeugungseinrichtung

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EP4460660A1
EP4460660A1 EP24710699.0A EP24710699A EP4460660A1 EP 4460660 A1 EP4460660 A1 EP 4460660A1 EP 24710699 A EP24710699 A EP 24710699A EP 4460660 A1 EP4460660 A1 EP 4460660A1
Authority
EP
European Patent Office
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steam
feed water
condensate
water treatment
steam generator
Prior art date
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EP24710699.0A
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EP4460660B1 (de
EP4460660C0 (de
Inventor
Marcus BUDT
Sven KLUTE
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Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
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Publication date
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Publication of EP4460660A1 publication Critical patent/EP4460660A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP4460660B1 publication Critical patent/EP4460660B1/de
Publication of EP4460660C0 publication Critical patent/EP4460660C0/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22D—PREHEATING, OR ACCUMULATING PREHEATED, FEED-WATER FOR STEAM GENERATION; FEED-WATER SUPPLY FOR STEAM GENERATION; CONTROLLING WATER LEVEL FOR STEAM GENERATION; AUXILIARY DEVICES FOR PROMOTING WATER CIRCULATION WITHIN STEAM BOILERS
    • F22D1/00—Feed-water heaters, i.e. economisers or like preheaters
    • F22D1/50—Feed-water heaters, i.e. economisers or like preheaters incorporating thermal de-aeration of feed-water
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22D—PREHEATING, OR ACCUMULATING PREHEATED, FEED-WATER FOR STEAM GENERATION; FEED-WATER SUPPLY FOR STEAM GENERATION; CONTROLLING WATER LEVEL FOR STEAM GENERATION; AUXILIARY DEVICES FOR PROMOTING WATER CIRCULATION WITHIN STEAM BOILERS
    • F22D1/00—Feed-water heaters, i.e. economisers or like preheaters
    • F22D1/003—Feed-water heater systems

Definitions

  • the invention relates to a method for generating steam using condensate returned in the form of feed water.
  • the invention further relates to a steam generating device for generating steam using condensate returned in the form of feed water, preferably with such a method, with a steam generator for generating process steam, with a delivery device to a consumer device for forming a condensate by condensing the process steam, with a return device for supplying condensate and with a feed water treatment device for treating the condensate to form the feed water.
  • Steam generation facilities are regularly used to generate process steam, which can drive a steam turbine or be used to heat an industrial process.
  • Such industrial processes can be chemical processes or other manufacturing processes in which heat is required at certain points or to carry out certain process steps. These can simply be drying processes or the like, for example.
  • the steam generation devices comprise one or more steam generators in the form of so-called steam boilers, which are fired with fossil or renewable fuels.
  • the hot flue gas produced is used to evaporate feed water supplied to the steam boiler.
  • the feed water is usually supplied to industrial steam boilers at overpressure via pipes, so that a connected consumer device can be continuously and efficiently supplied with process steam at essentially constant pressure and constant temperature.
  • the type of consumer device can be designed very differently, as already discussed above.
  • the process steam is the consumer device, regardless of its respective design, condenses with the release of heat.
  • the condensate is usually returned via a return device and fed into a feed water treatment system of the steam generation devices, in which the condensate is degassed.
  • the feed water generated in this way is then evaporated again in the steam boiler and fed back to the consumer device as process steam.
  • the feed water In order to be able to use the energy of the flue gases in the steam generator as effectively as possible and to transfer it to the feed water, it is desirable to feed the feed water to the steam generator at the lowest possible temperature. Otherwise, the flue gas leaves the steam generator at a still quite high temperature, and therefore with a still quite high amount of unused heat.
  • the feed water In the case of thermal degassing in the feed water treatment, the feed water is at a temperature level of just over 100 °C.
  • economizers are known. These are designed as heat exchangers in which the feed water is cooled, for example, by fresh water, which can then be fed to the feed water treatment to compensate for condensate losses.
  • the condensate losses can arise, for example, because part of the condensate is drained off to remove non-volatile contaminants that accumulate in the water circuit.
  • part of the feed water can be evaporated by reducing the pressure in order to extract heat from the feed water.
  • the object of the present invention is to design and further develop the method and the steam generating device of the type mentioned at the outset and explained in more detail above in such a way that a higher efficiency can be achieved.
  • This object is achieved according to claim 1 by a method for generating steam using condensate returned in the form of feed water,
  • a flash tank for separating the feed water from the feed water treatment into a vapor phase and a liquid phase, a return line for supplying the liquid phase of the feed water to the steam generator and a compressor for compressing the vapor phase of the feed water are provided.
  • feed water is evaporated in at least one steam generator to form process steam, which is then delivered to a consumer device in which the process steam condenses while releasing heat.
  • the condensate formed is then returned and treated in a feed water treatment system in order to be used for further evaporation in at least one steam generator.
  • impurities are removed, which can be gases, liquids or solids.
  • the treated feed water is evaporated in the steam generator, it is first evaporated in a so-called flash Tank partially expanded. In the process, part of the feed water evaporates, forms a vapor phase and extracts heat from the remaining liquid phase of the feed water, which is then cooled in the flash tank.
  • the liquid phase of the feed water is then evaporated in the steam generator using a flue gas, from which more heat can be extracted than without the feed water being cooled beforehand in the flash tank. It is particularly useful and therefore already common practice for the feed water to be led through the steam generator in a pipe system in which the feed water is evaporated indirectly, particularly in countercurrent, by the flue gas.
  • the steam phase of the feed water which is also cooled by evaporation in the flash tank, is fed to a compressor in which the steam phase is compressed and heated in the process.
  • the compression and heating of the steam phase of the feed water goes so far that process steam is also obtained in this way.
  • the pressure level and/or the temperature level of this process steam can at least essentially correspond to the pressure level and/or the temperature level of the process steam formed in the steam generator. However, this is not necessary.
  • the process steam generated by the compressor can, however, preferably be used to heat an industrial process or in another beneficial way, so that a higher level of effectiveness and a higher efficiency of the entire process can be achieved overall.
  • the steam generator device for generating process steam using feed water requires, in particular for carrying out the method described above, at least one steam generator and a feed water treatment system for treating condensed process steam in feed water for re-evaporation in at least one steam generator.
  • the steam generator device comprises a delivery device for delivering the process steam to a consumer device, whereby in a simple case the delivery device can be a line or the like.
  • the steam generator device also has a return device for returning condensate formed by the condensation of process steam in the consumer device to the steam generation device, in particular for feed water treatment.
  • at least one degassing of the condensate will preferably take place.
  • liquid or solid impurities could also be separated from the condensate, if necessary together with a portion of the condensate, which can then be replaced with fresh water.
  • the steam generation device has a flash tank into which treated feed water is fed.
  • the feed water is divided into a liquid phase and a vapor phase, with the vapor phase being formed by evaporating part of the feed water as a result of a pressure reduction in the flash tank.
  • the temperature of the liquid phase and the vapor phase drops relative to the original feed water.
  • the liquid phase can then absorb a larger proportion of the heat from the flue gas in the steam generator, which leads to greater efficiency in steam generation.
  • the vapor phase of the feed water is also not discarded as an energy loss, but fed to a compressor for the purpose of compression.
  • process steam at a high pressure and temperature level, so that this process steam can also be used energetically to operate the industrial process. It is also conceivable that this is the same industrial process in which the process steam generated by the steam generator is used. However, the two process vapors can also be used in different industrial processes.
  • compressors can be used.
  • these include turbo compressors, piston compressors and screw compressors.
  • turbo compressors piston compressors
  • screw compressors screw compressors.
  • the method and the steam generating device are described together below, without necessarily distinguishing between the method and the steam generating device in detail. However, the person skilled in the art will be able to determine from the respective context which features are particularly preferred in relation to the method and the steam generating device.
  • the condensate is at least partially degassed in the feed water treatment.
  • Gases contained in the feed water can damage the steam generator.
  • oxygen (02) and/or carbon dioxide (CO2) can pose a problem or can be contained in large quantities in the condensate of the process steam. Therefore, in many cases, oxygen (02) and/or carbon dioxide (CO2) are preferably expelled from the condensate in the feed water treatment.
  • the condensate in the feedwater treatment it can be useful, regardless of the gases to be expelled, if the condensate is fed to the feedwater treatment together with heating steam.
  • the heating steam heats the condensate, in particular directly.
  • the gases are expelled from the feedwater and preferably removed from the feedwater treatment together with the vapors from the heating steam and/or evaporated condensate.
  • the condensate In order to make the processing of the condensate to produce feed water as well as the heating of the industrial process with process steam as energy efficient as possible, it is advisable to feed the condensate to the feed water treatment at a temperature between 60 ° and 100 °C, preferably between 70 °C and 80 °C, in particular at least substantially 80 °C.
  • the higher the temperature of the condensate the less heating steam is required to process it.
  • the lower the temperature of the condensate the greater the amount of heat that can be transferred to the industrial process to be heated. Heat losses along the length of the pipes must also be taken into account.
  • the condensate can be treated in the feed water treatment at a pressure between 1 bar and 2 bar, preferably between 1.1 and 1.5 bar, in particular at least substantially 1.2 bar.
  • the lower the pressure the more heat can be released to the industrial process.
  • a certain pressure is required to adequately degas the condensate and to ensure sufficient expansion of the feed water in the flash tank. Therefore, the temperature of the feed water in the feed water treatment is preferably above 100 °C, with little heating steam being required at a temperature between 102 °C and 108 °C, in particular at least substantially 105 °C. At the same time, sufficient expansion and temperature reduction can be ensured in the flash tank.
  • the flash tank In order to cool the liquid phase of the feed water sufficiently in an overall economical manner, it is generally advisable to operate the flash tank at an absolute pressure between 0.07 bar and 1.0 bar. The lower the pressure, the lower the temperature at which the feed water can be fed to the steam generator. However, the corresponding negative pressure must be generated using equipment and energy. It is therefore particularly preferred if the flash tank is operated at a pressure between 0.2 bar and 1.0 bar, although in many cases a pressure of at least 0.4 bar will represent a fairly good compromise. For the reasons previously mentioned in connection with the pressure and against the background that the pressure and temperature in the flash tank are interdependent, it is alternatively or additionally advisable to operate the flash tank at a temperature between 40 °C and 100 °C, preferably between 60 °C and 100 °C. In many cases, a fairly good and economical compromise will be a temperature of at least 75 °C.
  • the compressor in the flash tank draws a corresponding negative pressure.
  • the pressure in the flash tank should be set so low that it is at least below the pressure in the feed water treatment. Otherwise, partial evaporation of the feed water while simultaneously cooling it in the flash tank cannot be ensured.
  • the steam generator generates process steam with a temperature between 100 °C and 450 °C.
  • the advantages of the process mentioned above are particularly evident. This is even more true if the temperature of the process steam is between 100 °C and 250 °C.
  • a good compromise that allows efficient use of the steam generation device will be a process steam temperature of essentially 130 °C and 200 °C.
  • Efficient use of the process steam generated by the compressor can also be achieved if this process steam has a temperature between 100 °C and 450 °C. This applies in particular to temperatures between 100 °C and 250 °C, although a good compromise is also achieved for this process steam in many cases if the vapor phase of the feed water in the compressor is heated to essentially 100 °C and 200 °C.
  • the process steam that is obtained in the compressor from the steam phase of the feed water can be at least partially combined with the process steam from the steam generator.
  • the combined process steam can then be used together in a subsequent process in the consumer device using simple equipment.
  • This can be further promoted if the combined process steam from the steam generator and the compressor has at least essentially the same temperature and/or at least essentially the same pressure.
  • this is not mandatory.
  • the process steam that is obtained in the compressor from the steam phase of the feed water is at least partially delivered to the consumer device as separate process steam. This is particularly useful if the consumer device has a heat requirement at different temperature levels, and in particular if a different amount of heat is required at the different temperature levels.
  • the process steam that is obtained in the compressor from the steam phase of the feed water can also be used at least partially directly as heating steam and fed to the feed water treatment. In this way, conversion losses can be avoided under certain circumstances, for example through additional throttling.
  • the heating steam can be obtained at least partially, regardless of the source of the process steam, by reducing the pressure of the process steam via a throttle. In this way, the feed water treatment can be operated easily and at a precisely adjustable temperature.
  • the condensate can be fed to the feed water treatment in a targeted and defined manner using a condensate pump.
  • the feed water treatment For simple and efficient partial evaporation of the feed water in the flash tank, it is advisable to connect the feed water treatment to the flash tank via a throttle.
  • the liquid phase of the Feed water can be supplied to the steam generator using a feed water pump. This can also be done reliably and in a defined manner.
  • the feed water treatment is assigned a heating steam supply line for heating the condensate.
  • the feed water treatment can be operated simply and efficiently. This applies in particular if the condensate is heated directly by the heating steam supplied via the heating steam line.
  • the feed water treatment is assigned a vapor discharge for discharging gas expelled from the condensate.
  • the vapor discharge can discharge heating steam that has not condensed in the feed water treatment or steam formed in the feed water treatment, together with the gases expelled from the condensate. In principle, however, it would also be possible for only gas expelled from the condensate and no steam, i.e. vapors, to be discharged via the vapor discharge. However, this will not be preferred in most cases, which is why the term vapor discharge is used here anyway.
  • a throttle can be assigned to it for the sake of simplicity to form heating steam by throttling process steam. This allows a defined operation of the feed water treatment and is easy to implement in terms of equipment.
  • a combination of process steam from the compressor and process steam from the steam generator can be provided.
  • two separate process steam lines can be provided for the separate supply of process steam to the consumer device.
  • the process steam from the steam generator can then be used separately from the process steam generated by the compressor.
  • the compressor can also be connected to the heating steam supply line. The corresponding process steam can then be used simply and efficiently to operate the feed water treatment.
  • the steam generator is a steam boiler. These are inexpensive and reliable to operate. From an energy and equipment perspective, it can be useful if the feed water treatment is connected to the flash tank via a throttle. The same applies if a feed water pump is assigned to the return line to supply the feed water to the steam generator. To ensure that condensate is always returned to the feed water treatment in the required amount, a condensate pump can be assigned to the feed water treatment to supply condensate to the feed water treatment.
  • Fig. 1 shows an industrial plant for carrying out an industrial process with a steam generating device according to the invention in a schematic view
  • Fig. 2 shows the steam generating device from Fig. 1 in a schematic detailed representation.
  • an industrial plant A for carrying out an industrial process P is shown as an example.
  • the industrial plant A shown and preferred in this respect is a paper production plant in which the industrial process P of paper production is carried out.
  • many other industrial plants A could also be used in connection with the invention. Carrying out different industrial processes P comes into question, whereby the industrial processes P are in particular those that have a not insignificant heat requirement. Paper production is characterized by a particularly high heat requirement, since paper production is fundamentally quite energy-intensive.
  • Fig. 2 shows a steam generating device 1 which provides the required heat to a consumer device V of the industrial plant A via a delivery device 2.
  • the heat is used in the form of process steam 3 in the industrial process P of paper production.
  • the process steam 3 is at least partially condensed and the resulting condensate 4 is returned to the steam generating device 1 via a return device 5.
  • the process steam 3 or the condensate 4 is thus at least essentially circulated, albeit in different states of aggregation.
  • the delivery device 2 and the return device 5 are designed in the form of a line, specifically a delivery line and a return line.
  • the consumer device V is not shown in Fig. 2, since the specific design of the consumer device V is not of particular importance in this case.
  • the condensate 4 returned via the return device 5 is fed via a condensate pump 6 into a feed water treatment system 7, where the condensate 4 is heated by means of direct heat transfer with heating steam 8 that is also supplied, in this case from 80 °C to 105 °C.
  • the pressure in the feed water treatment system 7 is such that a steam phase 9 prevails in the feed water treatment system 7, into which gases dissolved in the condensate, in particular oxygen (O2) and carbon dioxide (CO2), are expelled.
  • the steam phase 9 is discharged together with the expelled gases via a vapor discharge line 10.
  • the feed water 11 is discharged from the feed water treatment 7 to a flash tank 12, in which the feed water 11 is expanded via a throttle 21 in such a way that part of the treated feed water 11 evaporates in the flash tank 12 and thus cools down the feed water 11.
  • a vapor phase 13 of the feed water 11 and a liquid phase 14 of the feed water 11 are formed in the flash tank 12, both of which have a significantly lower temperature than the treated feed water 11 in the feed water treatment 7.
  • a vacuum is drawn in the flash tank 12 by means of a compressor 15, with the flash tank 12 being located on the suction side of the compressor 15.
  • the pressure in the flash tank 12 is not only below the pressure in the feed water treatment system 7, but also below the ambient pressure. It is therefore an absolute pressure of less than 1 bar.
  • the liquid phase 14 of the feed water 11 remaining in the flash tank 12 is then pumped by means of a feed water pump 16 in a return line 22 into a steam generator 17, in which the feed water 11 is evaporated in a manner known per se.
  • two or more steam generators 17 can also be provided, which are then preferably operated in parallel.
  • the steam generator 17 is a steam boiler in which a fuel is burned to form a flue gas.
  • the flue gas is guided along pipes in which the feed water 11 is guided in countercurrent to the flue gas and is thus first heated and then evaporated and possibly superheated.
  • the feed water 11 is under an absolute overpressure so that the feed water 11 is converted in the steam generator 17 into a process steam 18 which can be used expediently as a heat source for heating the industrial process P in the consumer device V.
  • a process steam 19 is fed to the process steam 18 formed in the steam generator 17 via a junction 24, which is formed by compressing the steam phase 13 of the feed water 11 in the compressor 15 following the flash tank 12.
  • the process steam 18 from the steam generator 17 and the process steam 19 from the compressor 15 have approximately the same pressure.
  • the temperatures can also be approximately the same.
  • Part of the correspondingly combined process steam 3 can be fed into the feed water treatment system 7 in the form of heating steam 8 via a throttle 20 and a heating steam supply line 23 in order to heat the condensate 4 therein.
  • the part of the process steam 3 not required to form heating steam 8 is then discharged to the consumer device V via the discharge device 2 in the form of a discharge line, before the condensed process steam 3 is later returned as condensate 4 via the return device to the steam generation device 1.

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Abstract

Beschrieben und dargestellt ist ein Verfahren zur Dampferzeugung unter Verwendung von in Form von Speisewasser (11) rückgeführtem Kondensat (4). eine höhere Effizienz erzielt werden kann. Damit eine höhere Effizienz erzielt werden kann, ist vorgesehen, dass das Speisewasser (11) in einem Dampferzeuger (17) unter Bildung von Prozessdampf (3) verdampft wird, dass der Prozessdampf (3) in einer Verbrauchereinrichtung (V) unter Wärmeabgabe und Bildung eines Kondensats (4) wenigstens teilweise kondensiert wird, dass das Kondensat (4) zur Aufbereitung einer Speisewasseraufbereitung (7) wenigstens teilweise zugeführt wird, dass das in der Speisewasseraufbereitung (7) aufbereitete Speisewasser (11) in einem Flash-Tank (12) in eine Dampfphase (13) und eine Flüssigphase (14) aufgetrennt wird, dass die Flüssigphase (14) des Speisewassers (11) dem Dampferzeuger (17) zugeführt und in dem Dampferzeuger (17) unter Bildung von Prozessdampf (18) verdampft wird und dass die Dampfphase (13) des Speisewassers (11) einem Verdichter (15) zur Verdichtung und Bildung eines Prozessdampfs (19) zugeführt wird.

Description

Verfahren zur Dampferzeugung und Dampferzeugungseinrichtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dampferzeugung unter Verwendung von in Form von Speisewasser rückgeführtem Kondensat. Ferner betrifft die Erfindung eine Dampferzeugungseinrichtung zur Dampferzeugung unter Verwendung von in Form von Speisewasser rückgeführtem Kondensat, vorzugsweise mit einem solchen Verfahren, mit einem Dampferzeuger zur Erzeugung eines Prozessdampfs, mit einer Abgabevorrichtung an eine Verbrauchereinrichtung zur Bildung eines Kondensats durch Kondensation des Prozessdampfs, mit einer Rückführvorrichtung zum Zuführen von Kondensat und mit einer Speisewasseraufbereitung zur Aufbereitung des Kondensats unter Bildung des Speisewassers.
Dampferzeugungseinrichtungen werden regelmäßig zur Erzeugung von Prozessdampf genutzt, der eine Dampfturbine antreiben oder zum Beheizen eines industriellen Prozesses eingesetzt werden kann. Solche industriellen Prozesse können chemische Prozesse oder andere Herstellungsprozesse sein, bei denen an bestimmten Stellen bzw. zur Durchführung bestimmter Verfahrensschritte Wärme benötigt wird. Dies können lediglich beispielsweise Trocknungsprozesse oder dergleichen sein.
In der Regel umfassen die Dampferzeugungseinrichtungen einen oder mehrere Dampferzeuger in Form sogenannter Dampfkessel, die mit fossilen oder regenerativen Brennstoffen befeuert werden. Das dabei entstehende heiße Rauchgas wird genutzt um dem Dampfkessel zugeführtes Speisewasser zu verdampfen. Industriellen Dampfkesseln wird das Speisewasser meist im Überdruck über Rohre zugeführt, so dass einer angeschlossenen Verbrauchereinrichtung kontinuierlich und effizient ein Prozessdampf mit im Wesentlichen konstantem Druck und konstanter Temperatur zugeführt werden kann. Die Art der Verbrauchereinrichtung kann dabei, wie zuvor bereits diskutiert, sehr unterschiedlich ausgestaltet sein. Der Prozessdampf wird in der Verbrauchereinrichtung unabhängig von deren jeweiliger Ausgestaltung jedoch unter Wärmeabgabe kondensiert. Das Kondensat wird meist über eine Rückführvorrichtung zurückgeführt und in eine Speisewasseraufbereitung der Dampferzeugungseinrichtungen geleitet, in der das Kondensat entgast wird. Das so erzeugte Speisewasser wird dann in dem Dampfkessel wieder verdampft und als Prozessdampf erneut der Verbrauchereinrichtung zugeführt.
Um die Energie der Rauchgase im Dampferzeuger möglichst effektiv nutzen und auf das Speisewasser übertragen zu können, ist es wünschenswert, das Speisewasser dem Dampferzeuger mit einer möglichst geringen Temperatur zuzuführen. Ansonsten verlässt das Rauchgas den Dampferzeuger mit einer noch recht hohen Temperatur, mithin mit einer noch recht hohen ungenutzten Wärme. Das Speisewasser fällt jedoch im Falle einer thermischen Entgasung in der Speisewasseraufbereitung auf einem Temperaturniveau von etwas über 100 °C an. Um die Speisewassertemperatur nach dem Entgasen zu senken, sind Economiser bekannt, die als Wärmetauscher ausgebildet sind und in denen das Speisewasser beispielsweise durch Frischwasser gekühlt wird, das anschließend zum Ausgleich von Kondensatverlusten der Speisewasseraufbereitung zugeführt werden kann. Die Kondensatverluste können dabei beispielsweise dadurch entstehen, dass ein Teil des Kondsensats zum Entfernen von sich im Wasserkreislauf ansammelnden, nicht flüchtigen Störstoffen abgelassen wird. Alternativ kann ein Teil des Speisewassers durch Druckabsenkung verdampft werden, um dem Speisewasser Wärme zu entziehen. Es besteht aber weiter das Bedürfnis, die bekannten Verfahren und Dampferzeugungseinrichtungen hinsichtlich der zu erzielenden Effizienz bzw. des Wirkungsgrads zu verbessern.
Daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Verfahren und die Dampferzeugungseinrichtung jeweils der eingangs genannten und zuvor näher erläuterten Art derart auszugestalten und weiterzubilden, dass eine höhere Effizienz erzielt werden kann. Diese Aufgabe ist nach Anspruch 1 gelöst durch ein Verfahren zur Dampferzeugung unter Verwendung von in Form von Speisewasser rückgeführtem Kondensat,
- bei dem das Speisewasser in einem Dampferzeuger unter Bildung von Prozessdampf verdampft wird,
- bei dem der Prozessdampf in einer Verbrauchereinrichtung unter Wärmeabgabe und Bildung eines Kondensats wenigstens teilweise kondensiert wird,
- bei dem das Kondensat zur Aufbereitung wenigstens teilweise einer Speisewasseraufbereitung zugeführt wird,
- bei dem das in der Speisewasseraufbereitung aufbereitete Speisewasser in einem Flash-Tank in eine Dampfphase und eine Flüssigphase aufgetrennt wird,
- bei dem die Flüssigphase des Speisewassers dem Dampferzeuger zugeführt und in dem Dampferzeuger unter Bildung von Prozessdampf verdampft wird und
- bei dem die Dampfphase des Speisewassers einem Verdichter zur Verdichtung und Bildung eines Prozessdampfs zugeführt wird.
Die genannte Aufgabe wird zudem bei einer Dampferzeugungseinrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 9 dadurch gelöst, dass ein Flash-Tank zum Trennen des Speisewassers aus der Speisewasseraufbereitung in eine Dampfphase und eine Flüssigphase, eine Rücklaufleitung zum Zuführen der Flüssigphase des Speisewassers in den Dampferzeuger und ein Verdichter zum Verdichten der Dampfphase des Speisewassers vorgesehen sind.
Verfahrensmäßig wird in wenigstens einem Dampferzeuger Speisewasser unter Bildung von Prozessdampf verdampft, der dann an eine Verbrauchereinrichtung abgegeben wird, in der der Prozessdampf unter Abgabe von Wärme kondensiert. Das dabei gebildete Kondensat wird dann zurückgeführt und in einer Speisewasseraufbereitung aufbereitet, um anschließend zur erneuten Verdampfung im wenigstens einen Dampferzeuger genutzt werden zu können. Bei der Aufbereitung des Speisewassers werden diesem Störstoffe entzogen, bei dem es sich um Gase, Flüssigkeiten oder Feststoffe handeln kann. Bevor das aufbereitete Speisewasser aber in dem Dampferzeuger verdampft wird, wird es zunächst in einem sogenannten Flash- Tank teilweise entspannt. Dabei verdampft ein Teil des Speisewassers, bildet eine Dampfphase und entzieht der verbleibenden Flüssigphase des Speisewassers Wärme, die mithin im Flash-Tank abgekühlt wird. Die Flüssigphase des Speisewassers wird anschließend im Dampferzeuger mittels eines Rauchgases verdampft, dem mithin mehr Wärme entzogen werden kann, als ohne die vorherige Abkühlung des Speisewassers im Flashtank. Dabei ist es besonders zweckmäßig und daher auch bereits üblich, wenn das Speisewasser in einem Rohrsystem durch den Dampferzeuger geführt wird, in dem das Speisewasser indirekt, insbesondere im Gegenstrom, durch das Rauchgas verdampft wird.
Die ebenfalls durch das Verdampfen im Flash-Tank abgekühlte Dampfphase des Speisewassers wird dagegen einem Verdichter zugeführt, in dem die Dampfphase verdichtet und dabei aufgeheizt wird. Das Verdichten und Aufheizen der Dampfphase des Speisewassers geht dabei so weit, dass auch auf diese Weise ein Prozessdampf erhalten wird. Das Druckniveau und/oder das Temperaturniveau dieses Prozessdampfs kann wenigstens im Wesentlichen dem Druckniveau und/oder dem Temperaturniveau des im Dampferzeuger gebildeten Prozessdampfs entsprechen. Erforderlich ist dies jedoch nicht. Der über den Verdichter erzeugte Prozessdampf wird sich jedoch vorzugweise zum Beheizen eines industriellen Prozesses oder auf andere Weise nutzbringend einsetzen lassen, so dass sich insgesamt ein höherer Wirkungsgrad und eine höhere Effizienz des Gesamtverfahrens erreichen lassen.
Die Dampferzeugereinrichtung zur Erzeugung von Prozessdampf unter Verwendung von Speisewasser benötigt, insbesondere für die Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens, wenigstens einen Dampferzeuger und eine Speisewasseraufbereitung zur Aufbereitung von kondensiertem Prozessdampf in Speisewasser für die erneute Verdampfung im wenigstens einen Dampferzeuger. Dabei umfasst die Dampferzeugungseinrichtung eine Abgabevorrichtung zum Abgeben des Prozessdampfs an eine Verbrauchereinrichtung, wobei es sich in einem einfachen Fall bei der Abgabevorrichtung um eine Leitung oder dergleichen handeln kann. Zudem weist die Dampferzeugereinrichtung noch eine Rückführvorrichtung zum Zurückführen von durch die Kondensation von Prozessdampf in der Verbrauchereinrichtung gebildetem Kondensat zur Dampferzeugungseinrichtung, insbesondere zur Speisewasseraufbereitung auf. In der Speisewasseraufbereitung wird vorzugsweise wenigstens ein Entgasen des Kondensats erfolgen. Es könnten aber alternativ oder zusätzlich auch flüssige oder feste Störstoffe aus dem Kondensat abgetrennt werden, bedarfsweise zusammen mit einem Teil des Kondensats, dass dann durch Frischwasser ersetzt werden kann.
In Ergänzung weist die Dampferzeugungseinrichtung einen Flash-Tank auf, in den aufbereitetes Speisewasser geleitet wird. Dort wird das Speisewasser in eine Flüssigphase und eine Dampfphase aufgeteilt, wobei die Dampfphase durch Verdampfen eines Teils des Speisewassers infolge einer Druckreduzierung im Flash- Tank gebildet wird. Durch das Verdampfen eines Teils des aufbereiteten Speisewassers sinkt die Temperatur der Flüssigphase und der Dampfphase relativ zum ursprünglichen Speisewasser. Die Flüssigphase kann dann im Dampferzeuger einen größeren Anteil der Wärme des Rauchgases aufnehmen, was zu einer höheren Effizienz bei der Dampferzeugung führt. Die Dampfphase des Speisewassers wird zudem nicht als energetischer Verlust verworfen, sondern einem Verdichter zum Zwecke des Verdichtens zugeführt. Dabei entsteht Prozessdampf auf einem hohen Druck und Temperaturniveau, so dass dieser Prozessdampf ebenfalls energetisch zum Betreiben des industriellen Prozesses genutzt werden kann. Dabei ist es ebenso denkbar, dass es sich um denselben industriellen Prozess handelt, in dem auch der über den Dampferzeuger erzeugte Prozessdampf genutzt wird. Die beiden Prozessdämpfe können aber auch in unterschiedlichen industriellen Prozessen genutzt werden.
Vorliegend kommen als Verdichter grundsätzlich alle bekannten Arten von Verdichtern in Frage. Insbesondere sind dies Turboverdichter, Kolbenverdichter und Schraubenverdichter. Nachfolgend werden das Verfahren und die Dampferzeugungseinrichtung zusammen beschrieben, ohne zwingend jeweils im Einzelnen zwischen dem Verfahren und der Dampferzeugungseinrichtung zu unterscheiden. Für den Fachmann ergibt sich jedoch aus dem jeweiligen Kontext, welche Merkmale in Bezug auf das Verfahren und die Dampferzeugungseinrichtung besonders bevorzugt sind.
Bei einer ersten besonders bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird das Kondensat in der Speisewasseraufbereitung wenigstens teilweise entgast. Im Speisewasser enthaltene Gase können den Dampferzeuger beschädigen. Dabei können insbesondere Sauerstoff (02) und/oder Kohlendioxid (C02) ein Problem darstellen bzw. in größeren Mengen im Kondensat des Prozessdampfs enthalten sein. Daher wird in vielen Fällen bevorzugt Sauerstoff (02) und/oder Kohlendioxid (C02) in der Speisewasseraufbereitung aus dem Kondensat ausgetrieben.
Zum Entgasen des Kondensats in der Speisewasseraufbereitung kann es unabhängig von den auszutreibenden Gasen zweckmäßig sein, wenn das Kondensat der Speisewasseraufbereitung zusammen mit einem Heizdampf zugeführt wird. Der Heizdampf heizt das Kondensat, insbesondere direkt, auf. Infolge der hohen Temperatur werden die Gase aus dem Speisewasser ausgetrieben und vorzugsweise zusammen mit dem Brüden aus Heizdampf und/oder verdampftem Kondensat aus der Speisewasseraufbereitung abgezogen.
Um das Aufbereiten des Kondensats zur Gewinnung von Speisewasser ebenso wie das Beheizen des industriellen Prozesses mit Prozessdampf energetisch effizient zu gestalten, bietet es sich an, wenn das Kondensat der Speisewasseraufbereitung mit einer Temperatur zwischen 60 ° und 100 °C, vorzugsweise zwischen 70 °C und 80 °C, insbesondere von wenigstens im Wesentlichen 80 °C, zugeführt wird. Je höher die Temperatur des Kondensats, desto weniger Heizdampf wird zu dessen Aufbereitung benötigt. Je geringer die Temperatur des Kondensats ist, desto größer ist die Wärmemenge, die an den zu beheizenden industriellen Prozess abgegeben werden kann. Des Weiteren sind Wärmeverluste entlang der Leitungslängen zu berücksichtigen. Alternativ oder zusätzlich kann das Kondensat aus denselben Gründen in der Speisewasseraufbereitung bei einem Druck zwischen 1 bar und 2 bar, vorzugsweise zwischen 1,1 und 1,5 bar, insbesondere von wenigstens im Wesentlichen 1,2 bar aufbereitet werden. Je geringer der Druck, desto mehr Wärme kann an den industriellen Prozess abgegeben werden. Ein gewisser Druck ist jedoch erforderlich, um das Kondensat hinreichend zu entgasen und um ein hinreichendes Entspannen des Speisewassers im Flash-Tank sicherzustellen. Daher beträgt die Temperatur des Speisewassers in der Speisewasseraufbereitung bevorzugt über 100 °C, wobei bei einer Temperatur zwischen 102 °C und 108 °C, insbesondere bei wenigstens im Wesentlichen 105 °C, wenig Heizdampf benötigt wird. Gleichzeitig kann im Flash-Tank eine hinreichende Entspannung und Temperaturabsenkung sichergestellt werden.
Um die Flüssigphase des Speisewassers auf insgesamt wirtschaftliche Weise hinreichend abzukühlen, bietet es sich grundsätzlich an, wenn der Flash-Tank bei einem absoluten Druck zwischen 0,07 bar und 1,0 bar betrieben wird. Je geringer der Druck ist, desto geringer ist die Temperatur, mit der das Speisewasser dem Dampferzeuger zugeführt werden kann. Der entsprechende Unterdrück muss jedoch mit apparativem und energetischem Aufwand erzeugt werden. Daher ist es besonders bevorzugt, wenn der Flash-Tank bei einem Druck zwischen 0,2 bar und 1,0 bar betrieben wird, wobei in vielen Fällen ein Druck von wenigstens im Wesentlichen 0,4 bar einen recht guten Kompromiss darstellen wird. Aus den zuvor im Zusammenhang mit dem Druck genannten Gründen und vor dem Hintergrund, dass der Druck und die Temperatur im Flash-Tank voneinander abhängen, wird es sich alternativ oder zusätzlich anbieten, wenn der Flash-Tank bei einer Temperatur zwischen 40 °C und 100 °C, vorzugsweise zwischen 60 °C und 100 °C, betrieben wird. Ein recht guter und wirtschaftlicher Kompromiss wird in vielen Fällen bei einer Temperatur von wenigstens im Wesentlichen 75 °C liegen.
Um den Druck im Flash-Tank auf ein Druckniveau abzusenken, das unterhalb des Druckniveaus in der Speisewasseraufbereitung und insbesondere auch unterhalb des Umgebungsdrucks liegt, bietet es sich der Einfachheit halber an, wenn der Verdichter im Flashtank einen entsprechenden Unterdrück zieht. Der Druck im Flash-Tank ist dabei so gering einzustellen, dass er wenigstens unterhalb des Drucks in der Speisewasseraufbereitung liegt. Andernfalls kann keine teilweise Verdampfung des Speisewassers bei gleichzeitigem Abkühlen desselben im Flash-Tank sichergestellt werden.
Unabhängig davon ist es für viele Anwendungsfälle zweckdienlich, wenn der Dampferzeuger einen Prozessdampf mit einer Temperatur zwischen 100 °C und 450 °C erzeugt. In diesen Fällen kommen die genannten Vorteile des Verfahrens zudem besonders zum Tragen. Dies gilt umso mehr, wenn die Temperatur des Prozessdampfs zwischen 100 °C und 250 °C beträgt. Ein guter Kompromiss, der einen effizienten Einsatz der Dampferzeugungseinrichtung erlaubt, wird in vielen Fällen bei einer Temperatur des Prozessdampfs von im Wesentlichen 130 °C und 200 °C liegen.
Eine effiziente Nutzung des mittels des Verdichters erzeugten Prozessdampfs kann ebenfalls erreicht werden, wenn dieser Prozessdampf eine Temperatur zwischen 100 °C und 450 °C aufweist. Dies gilt in besonderem Maße für Temperaturen zwischen 100 °C und 250 °C, wobei auch für diesen Prozessdampf ein guter Kompromiss in vielen Fällen erzielt wird, wenn die Dampfphase des Speisewassers im Verdichter auf im Wesentlichen 100 °C und 200 °C erhitzt wird.
Um eine effiziente Nutzung von Prozessdampf zu erreichen, kann der Prozessdampf, der im Verdichter aus der Dampfphase des Speisewassers gewonnen wird, wenigstens teilweise mit dem Prozessdampf aus dem Dampferzeuger zusammengeführt werden. Der gemeinsame Prozessdampf kann dann apparativ einfach gemeinsam in einem sich anschließenden Prozess in der Verbrauchereinrichtung genutzt werden. Dies kann noch begünstigt werden, wenn die zusammenzuführenden Prozessdämpfe aus dem Dampferzeuger und dem Verdichter wenigstens im Wesentlichen dieselbe Temperatur und/oder wenigstens im Wesentlichen denselben Druck aufweisen. Zwingend ist dies jedoch nicht. Denkbar kann es je nach den Anforderungen der Verbrauchereinrichtung aber auch sein, dass der Prozessdampf, der im Verdichter aus der Dampfphase des Speisewassers gewonnen wird, wenigstens teilweise als separater Prozessdampf an die Verbrauchereinrichtung abgegeben wird. Dies bietet sich insbesondere an, wenn die Verbrauchseinrichtung einen Wärmebedarf auf unterschiedlichen Temperaturniveaus aufweist, und zwar insbesondere dann, wenn auf den unterschiedlichen Temperaturniveaus eine unterschiedliche Wärmemenge benötigt wird.
Der Prozessdampf, der im Verdichter aus der Dampfphase des Speisewassers gewonnen wird, kann aber zweckmäßiger Weise auch wenigstens teilweise direkt als Heizdampf genutzt und der Speisewasseraufbereitung zugeführt werden. Auf diese Weise können unter Umständen Umwandlungsverluste beispielsweise durch eine zusätzliche Drosselung vermieden werden.
Grundsätzlich kann der Heizdampf aber unabhängig von der Quelle des Prozessdampfs wenigstens teilweise gewonnen werden, indem der Druck des Prozessdampfs über eine Drossel reduziert wird. Auf diese Weise kann die Speisewasseraufbereitung einfach und mit genau einstellbarer Temperatur betrieben werden.
Die Vorteile des Verfahrens kommen in besonderem Maße zum Tragen, wenn als Dampferzeuger der Einfachheit halber ein Dampfkessel verwendet wird. Alternativ oder zusätzlich lässt sich das Kondensat der Speisewasseraufbereitung gezielt und definiert mittels einer Kondensatpumpe zuführen.
Zum einfachen und effizienten teilweisen Verdampfen des Speisewassers in dem Flash-Tank bietet es sich an, wenn die Speisewasseraufbereitung über eine Drossel mit dem Flashtank verbunden ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Flüssigphase des Speisewassers dem Dampferzeuger mittels einer Speisewasserpumpe zugeführt werden. Auch dies kann auf diese Weise zuverlässig und definiert erfolgen.
Bei einer ersten besonders bevorzugten Ausgestaltung der zuvor beschriebenen Dampferzeugungseinrichtung ist der Speisewasseraufbereitung eine Heizdampfzuleitung zum Beheizen des Kondensats zugeordnet. Auf diese Weise lässt sich die Speisewasseraufbereitung einfach und effizient betreiben. Dies gilt insbesondere, wenn das Kondensat durch den über die Heizdampfleitung zugeführten Heizdampf direkt beheizt wird. Insbesondere aber nicht zwingend nur in einem solchen Fall, kann es sich zudem anbieten, wenn der Speisewasseraufbereitung eine Brüdenableitung zum Ab führen von aus dem Kondensat ausgetriebenem Gas zugeordnet ist. Die Brüdenableitung kann in der Speisewasseraufbereitung nicht kondensierten Heizdampf oder in der Speisewasseraufbereitung gebildeten Dampf abführen, und zwar zusammen mit den aus dem Kondensat ausgetriebenen Gasen. Grundsätzlich wäre es aber auch möglich, dass über die Brüdenableitung nur aus dem Kondensat ausgetriebenes Gas und kein Dampf, also Brüden, abgeführt wird. Dies wird jedoch in den meisten Fällen nicht bevorzugt sein, weshalb vorliegend trotzdem der Begriff der Brüdenableitung verwendet wird.
Im Falle einer Heizdampfzuleitung, kann dieser der Einfachheit halber eine Drossel zur Bildung von Heizdampf durch Drosselung von Prozessdampf zugeordnet sein. Dies erlaubt einen definierten Betrieb der Speisewasseraufbereitung und ist apparativ einfach umzusetzen.
Um den über den Dampferzeuger und über den Verdichter erzeugten Prozessdampf zusammenzuführen und gemeinsam nutzen zu können, kann eine Zusammenführung von Prozessdampf aus dem Verdichter und von Prozessdampf aus dem Dampferzeuger vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich können aber auch zwei separate Prozessdampfleitungen zum separaten Zuführen von Prozessdampf zur Verbrauchereinrichtungvorgesehen sein. Dann kann der Prozessdampf aus dem Dampferzeuger separat von dem durch den Verdichter erzeugten Prozessdampf genutzt werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Verdichter aber auch an die Heizdampfzuleitung angeschlossen sein. Dann lässt sich der entsprechende Prozessdampf einfach und effizient zum Betrieb der Speisewasseraufbereitung nutzen.
Apparativ und verfahrensmäßig einfach ist es zudem, wenn der Dampferzeuger ein Dampfkessel ist. Diese sind kostengünstig und zuverlässig zu betreiben. Aus energetischer und apparativer Sicht kann es zweckmäßig sein, wenn die Speisewasseraufbereitung über eine Drossel mit dem Flashtank verbunden ist. Dasselbe gilt für den Fall, dass der Rücklaufleitung eine Speisewasserpumpe zum Zuführen des Speisewassers zum Dampferzeuger zugeordnet ist. Um sicherzustellen, dass stets Kondensat in der jeweils gewünschten Menge zurück zur Speisewasseraufbereitung geführt wird, kann der Speisewasseraufbereitung eine Kondensatpumpe zum Zuführen von Kondensat in die Speisewasseraufbereitung zugeordnet sein.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 eine industrielle Anlage zur Durchführung eines industriellen Prozesses mit einer erfindungsgemäßen Dampferzeugungseinrichtung in einer schematischen Ansicht und
Fig. 2 die Dampferzeugungseinrichtung aus Fig. 1 in einer schematischen D etaildarstellung.
In der Fig. 1 ist beispielhaft eine industrielle Anlage A zur Durchführung eines industriellen Prozesses P dargestellt. Es handelt sich bei der darstellten und insoweit bevorzugten industriellen Anlage A um eine Papierproduktionsanlage, in welcher der industrielle Prozess P der Papierherstellung durchgeführt wird. Alternativ kämen im Zusammenhang mit der Erfindung aber auch viele andere industrielle Anlagen A zur Durchführung unterschiedlicher industrieller Prozesse P in Frage, wobei die industriellen Prozesse P insbesondere solche sind, die einen nicht unerheblichen Wärmebedarf aufweisen. Die Papierherstellung zeichnet sich dabei durch einen besonders hohen Wärmebedarf aus, da die Papierherstellung grundsätzlich recht energieintensiv ist.
In der Fig. 2 ist eine Dampferzeugungseinrichtung 1 dargestellt, die über eine Abgabevorrichtung 2 einer Verbrauchereinrichtung V der industriellen Anlage A die benötigte Wärme bereitstellt. Die Wärme wird dabei in Form von Prozessdampf 3 im industriellen Prozess P der Papierherstellung genutzt. Durch die Nutzung des Prozessdampfs 3 als Wärmequelle in der entsprechenden Verbrauchereinrichtung V des industriellen Prozesses P wird der Prozessdampf 3 wenigstens teilweise kondensiert und das dabei anfallende Kondensat 4 über eine Rückführvorrichtung 5 in die Dampferzeugungseinrichtung 1 zurückgeführt. Der Prozessdampf 3 bzw. das Kondensat 4 wird also wenigstens im Wesentlichen im Kreis geführt, wenn auch in unterschiedlichen Aggregatszuständen. Dabei sind bei der dargestellten und insoweit bevorzugten Dampferzeugungseinrichtung 1 die Abgabevorrichtung 2 und die Rückführvorrichtung 5 in Form einer Leitung, konkret einer Abgabeleitung und einer Rückführleitung ausgebildet. Die Verbrauchereinrichtung V ist in der Fig. 2 nicht dargestellt, da die konkrete Ausgestaltung der Verbrauchereinrichtung V vorliegend von keiner besonderen Bedeutung ist.
Das über die Rückführvorrichtung 5 zurückgeführte Kondensat 4 wird über eine Kondensatpumpe 6 in eine Speisewasseraufbereitung 7 geleitet, wo das Kondensat 4 mittels direkter Wärmeübertragung mit ebenfalls zugeführtem Heizdampf 8 erwärmt wird, und zwar im vorliegenden Fall von 80 °C auf 105 °C. Der Druck in der Speisewasseraufbereitung 7 ist dabei derart, dass in der Speisewasseraufbereitung 7 eine Dampfphase 9 vorherrscht, in die im Kondensat gelöste Gase, insbesondere Sauerstoff (O2) und Kohlendioxid (CO2), ausgetrieben werden. Die Dampfphase 9 wird zusammen mit den ausgetriebenen Gasen über eine Brüdenableitung 10 abgeführt. Es verbleibt in der Speisewasseraufbereitung 7 ein entsprechend aufbereitetes Kondensat 4 in Form von Speisewasser 11. Das Speisewasser 11 wird aus der Speisewasseraufbereitung 7 an einen Flash-Tank 12 abgegeben, in dem das Speisewasser 11 über eine Drossel 21 derart entspannt wird, dass im Flash-Tank 12 ein Teil des aufbereiteten Speisewassers 11 verdampft und so das Speisewasser 11 herunterkühlt. Im Flash-Tank 12 werden auf diese Weise eine Dampfphase 13 des Speisewassers 11 und eine Flüssigphase 14 des Speisewassers 11 gebildet, die beide eine deutlich geringere Temperatur aufweisen als das aufbereitete Speisewasser 11 in der Speisewasseraufbereitung 7.
In der dargestellten und insoweit bevorzugten Dampferzeugungseinrichtung 1 wird im Flash-Tank 12 mittels eines Verdichters 15 ein Unterdrück gezogen, wobei sich der Flash-Tank 12 entsprechend auf der Saugseite des Verdichters 15 befindet. Der Druck im Flash-Tank 12 liegt dabei nicht nur unter dem Druck in der Speisewasseraufbereitung 7, sondern auch unterhalb des Umgebungsdrucks. Es handelt sich also um einen absoluten Druck von unter 1 bar. Die im Flash-Tank 12 verbleibende Flüssigphase 14 des Speisewassers 11 wird dann mittels einer Speisewasserpumpe 16 in einer Rücklaufleitung 22 in einen Dampferzeuger 17 gepumpt, in dem das Speisewasser 11 auf an sich bekannte Weise verdampft wird. Selbstverständlich können auch zwei oder mehr Dampferzeuger 17 vorgesehen sein, die dann bevorzugt parallel betrieben werden.
Bei dem Dampferzeuger 17 handelt es sich um einen Dampfkessel, in dem ein Brennstoff unter Bildung eines Rauchgases verbrannt wird. Das Rauchgas wird entlang von Rohrleitungen geführt, in denen das Speisewasser 11 im Gegenstrom zum Rauchgas geführt und auf diese Weise zunächst erwärmt und sodann verdampft und gegebenenfalls überhitzt wird. Das Speisewasser 11 steht dabei unter einem absoluten Überdruck, so dass das Speisewasser 11 im Dampferzeuger 17 in einen Prozessdampf 18 umgesetzt wird, der zweckmäßig als Wärmequelle für die Beheizung des industriellen Prozesses P in der Verbrauchereinrichtung V genutzt werden kann. Dem im Dampferzeuger 17 gebildeten Prozessdampf 18 wird bei dem dargestellten und insoweit bevorzugten Verfahren ein Prozessdampf 19 über eine Zusammenführung 24 zugeführt, der durch die Verdichtung der Dampfphase 13 des Speisewassers 11 im sich dem Flash-Tank 12 anschließenden Verdichter 15 gebildet wird. Der Prozessdampf 18 aus dem Dampferzeuger 17 und der Prozessdampf 19 aus dem Verdichter 15 weisen bei dem dargestellten und insoweit bevorzugten Verfahren in etwa denselben Druck auf. Auch können die Temperauren in etwa dieselben sein. Ein Teil des entsprechend zusammengeführten Prozessdampfs 3 kann über eine Drossel 20 und eine Heizdampfzuleitung 23 in Form von Heizdampf 8 in die Speisewasseraufbereitung 7 geführt werden, um das Kondensat 4 darin aufzuheizen. Der nicht zur Bildung von Heizdampf 8 benötigte Teil des Prozessdampfs 3 wird dann über die Abgabevorrichtung 2 in Form einer Abgabeleitung an die Verbrauchereinrichtung V abgegeben, bevor der kondensierte Prozessdampf 3 später wieder als Kondensat 4 über die Rückführeinrichtung in die Dampferzeugungseinrichtung 1 zurückgeführt wird.
Bezugszeichenliste
1 Dampferzeugungseinrichtung
2 Abgabevorrichtung
3 Prozessdampf
4 Kondensat
5 Rückführvorrichtung
6 Kondensatpumpe
7 Speisewasseraufbereitung
8 Heizdampf
9 Dampfphase
10 Brüdenableitung
11 Speisewasser
12 Flash-Tank
13 Dampfphase
14 Flüssigphase
15 Verdichter
16 Speisewasserpumpe
17 Dampferzeuger 18 Prozessdampf Dampferzeuger
19 ProzessdampfVerdichter
20 Drossel
21 Drossel 22 Rücklaufleitung
23 Heizdampfzuleitung
24 Zusammenführung
A industrielle Anlage
P industrieller Prozess V Verbraucher einrichtung

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zur Dampferzeugung unter Verwendung von in Form von Speisewasser (11) rückgeführtem Kondensat (4), bei dem das Speisewasser (11) in einem Dampferzeuger (17) unter Bildung von Prozessdampf (3) verdampft wird, bei dem der Prozessdampf (3) in einer Verbrauchereinrichtung (V) unter Wärmeabgabe und Bildung eines Kondensats (4) wenigstens teilweise kondensiert wird, bei dem das Kondensat (4) zur Aufbereitung einer Speisewasseraufbereitung (7) wenigstens teilweise zugeführt wird, bei dem das in der Speisewasseraufbereitung (7) aufbereitete Speisewasser (11) in einem Flash-Tank (12) in eine Dampfphase (13) und eine Flüssigphase (14) aufgetrennt wird, bei dem die Flüssigphase (14) des Speisewassers (11) dem Dampferzeuger (17) zugeführt und in dem Dampferzeuger (17) unter Bildung von Prozessdampf (18) verdampft wird und bei dem die Dampfphase (13) des Speisewassers (11) einem Verdichter (15) zur Verdichtung und Bildung eines Prozessdampfs (19) zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Kondensat (4) in der Speisewasseraufbereitung (7), insbesondere durch Abtrennen von Sauerstoff (O2) und/oder Kohlendioxid (CO2), wenigstens teilweise entgast wird und bei dem, vorzugsweise, das Kondensat (4) der Speisewasseraufbereitung (7) zusammen mit einem Heizdampf (8) zum, insbesondere direkten Beheizen, des Kondensats (4) zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Kondensat (4) der Speisewasseraufbereitung (7) mit einer Temperatur zwischen 60 ° und 100 °C, vorzugsweise zwischen 70 °C und 80 °C, insbesondere von wenigstens im Wesentlichen 80 °C, zugeführt wird und/oder bei dem das Kondensat (4) in der Speisewasseraufbereitung (7) bei einem Druck zwischen 1 bar und 2 bar, vorzugsweise zwischen 1,1 und 1,5 bar, insbesondere von wenigstens im Wesentlichen 1,2 bar und/oder bei einer Temperatur von größer 100 °C, vorzugsweise zwischen 102 °C und 108 °C, insbesondere von wenigstens im Wesentlichen 105 °C, entgast wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Flash-Tank (12) bei einem Druck zwischen 0,07 bar und 1,0 bar, vorzugsweise zwischen 0,2 bar und 1,0 bar, insbesondere von wenigstens im Wesentlichen 0,4 bar, betrieben wird und/oder bei dem der Flash-Tank (12) bei einer Temperatur zwischen 40 °C und 100 °C, vorzugsweise zwischen 60 °C und 100 °C, insbesondere von wenigstens im Wesentlichen 75 °C, betrieben wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Verdichter (15) im Flash-Tank (12) einen Unterdrück wenigstens im Vergleich zu dem Druck in der Speisewasseraufbereitung (7) zieht und/oder bei dem der Dampferzeuger (17) und/oder der Verdichter (15) einen Prozessdampf (3,18,19) mit einer Temperatur zwischen 100 °C und 450 °C, vorzugsweise zwischen 100 °C und 250 °C, insbesondere wenigstens im Wesentlichen 200 °C, erzeugt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die im Verdichter (15) verdichtete Dampfphase (13) des Speisewassers (11) mit dem Prozessdampf (18) aus dem Dampferzeuger (17) zusammengeführt und/oder als separater Prozessdampf (19) an die Verbrauchereinrichtung (V) abgegeben und/oder der Speisewasseraufbereitung (7) als Heizdampf (8) zugeführt wird und/oder bei dem der Heizdampf (8) wenigstens teilweise durch aus über eine Drossel (20) gedrosseltem Prozessdampf (3,19) bereitgestellt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem als Dampferzeuger (17) ein Dampfkessel genutzt wird und/oder bei dem das Kondensat (4) der Speisewasseraufbereitung (7) mittels einer Kondensatpumpe (6) zugeführt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Speisewasseraufbereitung (7) über eine Drossel (21) mit dem Flash- Tank (12) verbunden ist und/oder bei dem die Flüssigphase (14) des Speisewassers (11) dem Dampferzeuger (17) mittels einer Speisewasserpumpe (16) zugeführt wird.
9. Dampferzeugungseinrichtung (1) zur Dampferzeugung unter Verwendung von in Form von Speisewasser (11) rückgeführtem Kondensat (4), vorzugsweise mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einem Dampferzeuger (17) zur Erzeugung eines Prozessdampfs (3,18), mit einer Abgabevorrichtung (2) an eine Verbrauchereinrichtung (V) zur Bildung eines Kondensats (4) durch Kondensation des Prozessdampfs (3), mit einer Rückführvorrichtung (5) zum Zuführen von Kondensat (4) und mit einer Speisewasseraufbereitung (7) zur Aufbereitung des Kondensats (4) unter Bildung des Speisewassers (11), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s ein Flash-Tank (12) zum Trennen des Speisewassers (11) aus der Speisewasseraufbereitung (7) in eine Dampfphase (13) und eine Flüssigphase (14), eine Rücklaufleitung (22) zum Zuführen der Flüssigphase (14) des Speisewassers (11) in den Dampferzeuger (17) und ein Verdichter (15) zum Verdichten der Dampfphase (13) des Speisewassers (11) vorgesehen sind.
10. Dampferzeugungseinrichtung nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s der Speisewasseraufbereitung (7) eine Heizdampfzuleitung (23) zum, insbesondere direkten, Beheizen des Kondensats (4) und/oder eine Brüdenableitung (10) zum Ab führen von aus dem Kondensat (4) ausgetriebenem Gas zugeordnet ist und dass, vorzugsweise, der Heizdampfzuleitung (23) eine Drossel (20) zur Bildung von Heizdampf (8) durch Drosselung von Prozessdampf (3) zugeordnet ist.
11. Dampferzeugungseinrichtung nach Anspruch 9 oder 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s eine Zusammenführung (24) für Prozessdampf (19) aus dem Verdichter (15) und Prozessdampf (18) aus dem Dampferzeuger (17) vorgesehen ist oder dass zwei separate Prozessdampfleitungen zum separaten Zuführen von Prozessdampf (18,19) zur Verbrauchereinrichtung (V) vorgesehen sind oder dass der Verdichter (15) direkt an die Heizdampfzuleitung (23) angeschlossen ist.
12. Dampferzeugungseinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s der Dampferzeuger (17) ein Dampfkessel ist und/oder dass die Speisewasseraufbereitung (7) über eine Drossel (21) mit dem Flash-Tank (12) verbunden ist und/oder dass der Rücklaufleitung (22) eine Speisewasserpumpe (16) zum Zuführen des Speisewassers (11) zum Dampferzeuger (17) zugeordnet ist und/oder dass der Speisewasseraufbereitung (7) eine Kondensatpumpe (6) zum Zuführen von Kondensat (4) in die Speisewasseraufbereitung (7) zugeordnet ist.
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